数値シミュレーション

FLAC3Dの特長

FLAC3Dは、差分法を基本としながら任意形状の要素を取り扱うことができるように拡張した離散化手法を用い、 また運動方程式を解いているため静的解析から動的解析まで対応できる柔軟さを有しています。 地盤や岩盤の変形解析の観点からは、次のような特長を有しています。

解析例１　トンネルの3次元掘削解析

AGFや鏡ボルトによる補助工法の効果を把握する場合は、これらを切羽近傍に3次元的に配置する必要があります。 また、早期閉合を行うためベンチ長が短い場合は、2次元解析では掘削に伴う変形挙動をうまく表現できません。 このような場合は、3次元逐次掘削解析によりこれらの効果を評価します。
右図で、①～③は上半先進工法に対してAGFを採用した場合の例です。天端付近のひずみが抑制されていることが分かります。 ④は、インバート早期閉合を行ったもので、上半先進モデルよりもひずみが抑制されていることがわかります。

解析例2　岩盤強度の時間に伴う低下

右図は、岩盤の強度が時間とともに劣化していった場合について、切羽の安定性を検討した例です。 岩盤強度は、粘着力のみが時間とともに低下するとしています。 また、岩盤の応力状態が降伏条件に達した段階からは、粘着力が一定速度で低下すると仮定しています。
図からは、時間の経過に伴い切羽付近の変形が進行していくことがわかります。このような状況を数値モデルで再現できれば、 切羽前方や天端における対策工の検討、あるいは掘削工法の検討などに利用することができます。

解析例3　変形と地下水流れの連成解析

右図は、掘削時に一旦低下した地下水位が、何らかの原因で上昇した場合に、間隙水圧の変化が岩盤の変形に及ぼす影響を検討した例です。 解析は多孔質弾性論に基づいています。地下水位の上昇により、トンネル周辺岩盤の有効応力は減少します。 それに伴って周辺岩盤が不安定となる様子がわかります。
このような変形と地下水流れの連成解析は、注入工のようにトンネル周辺の透水性を変化させた場合の対策工の検討や、 地下水位の変化に伴う支保工への影響検討などに利用できます。